Ciclo dell’azoto in acquario: l’ennesimo articolo

Credevi di aver letto tutto sul ciclo dell’azoto? E mo’ ti becchi un altro articolo… fatto meglio stavolta!

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Come comportarsi dopo la maturazione dell’acquario?

A livello di ciclo dell’azoto, il periodo di maturazione è quello più critico.
Se la maturazione è fatta con calma, senza fretta, e l’inserimento dei pesci è graduale e in numero adatto alle dimensioni dell’acquario, non ci dovrebbero essere grosse difficoltà di gestione.

Di seguito mettiamo alcuni dei problemi comuni che si possono avere in acquario, correlati al ciclo dell’azoto.
La lista non ha pretesa di essere esaustiva: se c’è qualcosa che manca, fatecelo sapere. Abbiamo un nuovo forum: fatevi sentire (anche se avete trovato qualche cavolata) 😀

Livelli dei composti azotati negli acquari

Come abbiamo visto per la fase di maturazione dell’acquario, è possibile monitorare con buona accuratezza (per i nostri scopi) i livelli dei composti dell’azoto. In particolare sono comunemente disponibili i test di ammonio/ammoniaca, il test dei nitriti e quello dei nitrati.

Con questi test possiamo misurare le concentrazioni di questi elementi ma è bene chiarire quali siano gli effetti di queste sostanze, per non dar la sensazione di sparare numeri a caso.

Tossicità di ammoniaca e ammonio negli acquari

L’ammoniaca e l’ammonio sono due composti tossici, la prima molto più tossica del secondo, ma tanto più presente quanto più alto è il pH. Come abbiamo visto, se siamo a pH sotto la neutralità (7), la percentuale di ammoniaca diventa trascurabile. Viceversa, a pH più elevati (quelli richiesti, ad esempio, da allestimenti per pesci dei laghi africani), la concentrazione di ammoniaca diventa considerevole.

Livelli di tossicità

Secondo i dati riportati dagli studi citati da Diana Walstad nel suo libro (pagine 20-21), l’ammoniaca è letale per i pesci a concentrazioni comprese a partire da 0.2 mg/l, mentre possono aversi problemi cronici, senza morte, con concentrazioni protratte nel tempo di già soli 0.002 mg/l di NH3. Questi problemi cronici comprendono inappetenza e scarsa crescita degli avannotti.
È quindi raccomandabile, secondo i dati a disposizione, mantenere concentrazioni di ammoniaca inferiori a 0.01 mg/l. Poiché però i test comunemente a disposizione misurano assieme ammoniaca e ammonio, si può ritenere un valore sufficientemente sicuro un risultato, da questo tipo di test, inferiore a 0.02 mg/l.

Esempio di test dell'ammonio+ammoniaca.
Esempio di test dell’ammonio+ammoniaca.

Per quanto riguarda invece le piante, c’è una grande variabilità. Alcune piante soffrono la presenza di ammoniaca e si bloccano e muoiono (es: Stratiotes aloides è morta dopo essere stata esposta 10 settimane a 0.9 mg/l di ammonio). Viceversa, altre piante possono reggere tranquillamente oltre 20 mg/l di ammonio.

Tossicità dei nitriti in acquario

I nitriti risultano altamente dannosi ai pesci poiché si legano all’emoglobina presente nel sangue, impedendo a questa di trasportare l’ossigeno. Si tratta di un fenomeno del tutto analogo alle intossicazioni e morti umane per monossido di carbonio, il quale si lega all’emoglobina, sempre impedendo il trasporto di ossigeno nel sangue.

Livelli di tossicità

Le concentrazioni che rendono letali i nitriti sono variabili e dipendono dai pesci e dalle condizioni dell’acqua. Ad esempio, in uno studio sempre citato da Walstad, metà delle trote analizzate, dopo 3 giorni, è morta con una concentrazione di nitriti di 1.6 mg/l (LC50).
I nitriti sono invece dannosi già a concentrazioni più basse e possiamo intuire la loro presenza osservando difficoltà respiratorie nei pesci, quali il boccheggiamento in superficie o il respiro accelerato. Le concentrazioni dannose possono essere anche molto basse, se prolungate nel tempo. Ad esempio, sempre le trote, esposte a 0.015-0.060 mg/l di nitriti per sei mesi hanno subito danni temporanei alle branchie.

Come abbiamo accennato, i nitriti hanno una tossicità variabile in base ad altri fattori: il primo su tutti è il pH. I nitriti sono, infatti, più tossici a pH basso, poiché i nitriti (NO2) si trasformano in acido nitroso (HNO2), una forma più tossica.
Viceversa, la concentrazione di ioni cloruro (Cl) diminuisce la tossicità dei nitriti, poiché il cloro compete con i nitriti nell’assorbimento da parte delle branchie.
Non a caso, infatti, i nitriti sono molto meno tossici in ambiente marino, data l’elevatissima presenza di ioni Cl (19000 mg/l circa).

Per quanto riguarda le piante, invece, i nitriti non sono solitamente tossici. Ad esempio, la Lemna non è stata intaccata da concentrazioni di nitriti comprese tra 14 e 56 mg/l – mortali per i pesci.

Ciò visto, negli acquari d’acqua dolce è bene mantenere i nitriti a livelli il più bassi possibili: idealmente dovrebbero essere non rilevabili dai comuni test per acquariofilia (<0.03 mg/l, nel caso si abbiano test particolarmente sensibili).

Tossicità dei nitrati in acquario

I nitrati sono la forma meno tossica di composto azotato fra quelle presenti comunemente (escludendo l’azoto gassoso, che fa bollicine e vola via). Tuttavia possiamo definirli infidi.

Raggiungere concentrazioni letali di nitrati è estremamente raro, in acquario.
Non a caso, infatti, quasi mai abbiamo pesci morti per i soli livelli di nitrati. Ad esempio, [3] la tossicità acuta LC50 (50% di morti alla concentrazione data nel tempo di esposizione) dei nitrati per gli avannotti di Guppy (Poecilia reticulata) è di circa 845 mg/l di nitrati per 96 ore.
845 mg/l di nitrati è un valore estremamente alto e per raggiungerlo in acquario bisogna davvero farlo apposta (oltre una decina di cucchiai da minestra di nitrato di potassio solido in 100 litri, più o meno).

Esempio di test dei nitrati.
Esempio di test dei nitrati. La scala che di solito adottano va da 0 a 100 mg/l.

Al contrario, i nitrati possono dare problemi nel lungo periodo, senza portare alla morte dei pesci o degli invertebrati, ma con effetti avversi.

Tra gli effetti avversi, con concentrazioni già attorno ai 25-30 mg/l, i principali sono:

  • i nitrati si legano ai trasportatori di ossigeno nel sangue (emoglobina, emocianina…), trasformandoli in forme incapaci di trasportare ossigeno (es: metaemoglobina/ferriemoglobina);
  • alterazioni nei globuli bianchi e rossi;
  • danni al fegato.

Tra gli effetti visibili, possono aversi nei pesci malformazioni, minori dimensioni, minori tentativi di riproduzione o maggiore insuccesso delle riproduzioni, giusto per citare i più comuni e visibili.

Questi effetti avversi sono particolarmente diffusi per le specie che provengono da ambienti in cui i nitrati sono normalmente bassi o assenti, come il Lago Tanganyika (NO3 non rilevabili) o molti fiumi del Sud-America (giusto per nominarne qualcuno, Rio Solimões, Rio Sipao e Rio Paraná hanno nitrati inferiori a 0.3 mg/l [4]).

Livelli di tossicità

Una review [5] relativamente recente sugli effetti dei nitrati negli ambienti naturali, raccolti i risultati da vari studi, conclude che una concentrazione di 45 mg/l circa di nitrati (NO3) possa danneggiare, nel lungo periodo, vari invertebrati e pesci.

Raccomanda, inoltre, di mirare a mantenere livelli di nitrati inferiori ai 9 mg/l circa “per proteggere le specie d’acqua dolce più sensibili”.
La review afferma che servirebbero studi più approfonditi nel tempo e variando le condizioni, come pH, concentrazioni di sali etc, tuttavia questo valore appare come ragionevolmente sicuro alla luce dell’attuale letteratura scientifica.

Piccola riflessione sui nitrati nell’acqua di rete o in bottiglia

Da notare che, spesso, l’acqua di rete e alcune acque in bottiglia può contenere nitrati a valori considerevoli.
Il limite di legge è 45-50 mg/l di nitrati, rispettivamente per le acque in bottiglia e quelle di rete, ben superiori a quelli visti sopra come raccomandati per la sicurezza.
Quindi è bene controllare questo valore anche per l’acqua usata per riempire l’acquario e tenerne debito conto. Nelle analisi, il valore dei nitrati è indicato per legge.

Ad esempio, nella zona del veneziano (dove abito), in media ci sono 10-16 mg/l di nitrati, nell’acqua di rete: devo tenerne conto.

Analisi dell'acqua di rete.
Parte delle analisi dell’acqua di rete nella mia zona. Pur essendo pienamente ben entro i limiti di legge (50 mg/l), il valore dei nitrati può dare qualche problema in acquario.

Valori raccomandati in acquario

I valori raccomandati dei composti azotati, alla luce di quanto appena visto sopra (e non come imposizione dall’alto), in un acquario dovrebbero essere:

  • ammoniaca/ammonio – il più bassi possibile, meglio se non rilevabili, specialmente se il pH è sopra la neutralità (maggiore di 7)
  • nitriti – il più bassi possibile, meglio se non rilevabili, specialmente se il pH è sotto la neutralità (minore di 7)
  • nitrati – bassi, meglio se sotto i 10 mg/l, per avere una buona sicurezza per tutte le specie. Valori più alti sono tollerabili, per brevi periodi, tenendo però a mente che più alti sono i nitrati più danni possiamo fare ai pesci nel tempo. Nessun pesce si lamenterà dei nitrati troppo bassi, anzi.
    (Un po’ come l’inquinamento, nessuno muore improvvisamente “di inquinamento”, ma ogni anno abbiamo milioni di morti e malati per i danni causati dall’inquinamento atmosferico, secondo l’OMS).

Manutenzione e ciclo dell’azoto

Gli interventi di manutenzione influenzano il ciclo dell’azoto e, pertanto, è raccomandabile cercare di limitare gli interventi di manutenzione a quelli necessari e a farli in maniera il meno invasiva possibile, scaglionandoli nel tempo.

Ad esempio, poiché molti batteri sono insediati nel fondo, le sifonature li rimuovono, creando potenziali problemi di riequilibrio delle popolazioni batteriche.
Se però c’è comunque troppo accumulo nel fondo e anche la riduzione degli alimenti ai pesci risulta insufficiente a risolvere il problema, si può comunque procedere ad una sifonatura, ma leggera. Invece di infilare il sifone nel substrato, perché non provare a passarlo sulla superficie, come una sorta di aspirapolvere? Si pulisce lo stesso il deposito, ma senza rivoltare il fondo.

Stessa cosa per quanto riguarda la pulizia dei materiali filtranti: invece di pulire tutti i materiali filtranti contemporaneamente, magari sotto al rubinetto, perché non pulirne solo una parte, in un contenitore di acqua dell’acquario? Così facendo non si rimuovono tutti i batteri presenti nei materiali filtranti, con lo squilibrio conseguente.

Se è necessario fare più interventi, conviene farli in momenti diversi. Ad esempio, se si puliscono i materiali filtranti, conviene non sifonare il fondo o fare potature delle piante. Oppure, se si potano le piante, è bene potarne solo alcune, non tutte contemporaneamente.

Si tratta solo di un paio di spunti per agire: l’idea di fondo è quella di limitarsi a fare lo stretto necessario per la manutenzione, senza forzare troppo il sistema-acquario.

Fertilizzazione con composti azotati

Nel caso siano presenti piante e il carico organico risulti insufficiente per fornire l’azoto necessario a queste può essere utile inserire dei concimi per integrare gli elementi mancanti.

In particolare, l’azoto può essere inserito come:

  • urea
  • ammonio (nitrato di ammonio, fosfato di ammonio etc)
  • nitrati (nitrato di ammonio, nitrato di potassio, nitrato di calcio o di magnesio etc)

e molti fertilizzanti, sia per acquariofilia, sia generici (per agricoltura), ne inseriscono più di una forma.

Urea in granuli.
Urea in granuli: si può usare, con estrema attenzione, anche in acquario.

Senza entrare nei dettagli (l’articolo si sta facendo lungo), il consiglio spiccio è quello di fertilizzare con questi composti:

  1. solo se necessario
  2. senza esagerare con i dosaggi.

In particolare bisogna fare molta attenzione con il dosare urea ed ammonio, poiché possiamo avere picchi di nitriti (e l’urea non è rilevabile dai test per acquari).
Bisogna, inoltre, fare attenzione a non cedere alla tentazione di alzare parecchio i nitrati.
Come abbiamo visto, stare sotto ai 10 mg/l sembra sia un buon metodo per non dar problemi ai pesci. Si tratta di un valore più che sufficiente per far crescere le piante, anzi, le piante possono crescere rigogliose anche con valori di nitrati più bassi o non misurabili.

Cabomba cresciuta con nitrati non misurabili.
Cabomba cresciuta con nitrati non misurabili.

Approfondiremo questo in un articolo dedicato.

Picco di nitriti fuori dalla maturazione

Provo ad immaginare la situazione.

Hai fatto qualche errore di dosaggio dei fertilizzanti…
Hai portato i nitrati da zero a 20-30-50 mg/l, magari usando urea o ammonio…

Lavato il filtro, sifonato il fondo e cambiata tutta l’acqua…
Trattamento antibiotico o con qualche altro farmaco…
“Senza filtro”, le piante ti si sono bloccate…

… e ti ritrovi i pesci pancia all’aria o che respirano come forsennati in superficie?

Probabilmente il ciclo dell’azoto ha avuto qualche problema e si è avuto un picco di nitriti.

Come agire?

I nitriti abbiamo visto essere particolarmente tossici e veloci a far danni.
Quindi appena si notano segni che possano far pensare ai nitriti, conviene fare un test e verificare. Se non si ha il test, meglio non perdere tempo a recuperarne uno e fare quanto suggerito di seguito.

  • non dare da mangiare e non fertilizzare con azoto, in nessuna forma, in modo da non avere ulteriori composti azotati inseriti;
  • inserire un aeratore con pietra porosa e alzare, se possibile, l’uscita del filtro sopra al livello dell’acqua, in maniera da avere mescolamento acqua-aria (l’ossigeno aiuta l’ossidazione dei nitriti a nitrati, oltre ad aiutare i pesci);
  • se la causa non è stata un cambio d’acqua cospicuo, sarebbe meglio farne uno, di media  entità: il cambio non solo rimuove parte dei nitriti ma ossigena ulteriormente;
  • se possibile, spostare i pesci in un contenitore o acquario di quarantena, facendo attenzione ad evitare sbalzi di temperatura e valori (fare le ambientazioni!).

In caso di una situazione particolarmente grave e/o pesci non spostabili, esistono prodotti in grado di rimuovere rapidamente i nitriti. Un esempio: il Prodibio BioDigest (cito questo perché l’ho provato in un paio di occasioni e ho ricevuto riscontri positivi da altri acquariofili; sicuramente ne esistono altri, di altre marche, con efficacia analoga).

Prodibio BioDigest.
Prodibio BioDigest.

Usando un prodotto di questo tipo si inserisce una grande quantità di batteri – spesso si ha una nebbia batterica quando vengono inseriti – che eliminano rapidamente i nitriti e l’ammoniaca.

Bisogna però ricordare che poi il ciclo dell’azoto deve ripartire e poi funzionare da sé. Il prodotto aiuta nel momento di crisi ma non può diventare la soluzione definitiva al problema.
La soluzione definitiva dobbiamo cercarla nella gestione (alimentazione, fertilizzazione), nella manutenzione e nell’allestimento.


Tiriamo le fila

Finalmente siamo giunti alla fine di questo articolo, che spero abbia aggiunto qualcosa rispetto a quanto normalmente si dice sul ciclo dell’azoto.

Abbiamo visto che il ciclo dell’azoto, in acquario, non si limita alla serie di trasformazioni ammonio-nitriti-nitrati. Ci sono, infatti, anche altre trasformazioni, alcune delle quali possono arrivare ad avere un ruolo piuttosto importante, come la denitrificazione.

Abbiamo visto anche che un buon periodo di maturazione – non necessariamente un mese – è fondamentale per l’avvio di un acquario.
Si può dire che quanto più un acquario viene lasciato maturare bene, tanto più sarà stabile nel tempo. C’è chi lascia maturare l’acquario vari mesi, prima di inserire i pesci.

Dopo il periodo di maturazione, inseriti gli ospiti, il ciclo dell’azoto non dovrebbe dare problemi particolari.
Questo a meno di interventi significativi nell’acquario, errori di gestione o grossi cambiamenti.  In caso di problemi, abbiamo visto cosa monitorare e come agire in caso di emergenza.

A conclusione, desidero ringraziare Riccardo, Federico e Luca per le varie revisioni e per aver portato pazienza in seguito alle mie continue domande senza avermi mandato (almeno non esplicitamente 😀 ).


Bibliografia

Walstad DL. Ecology of the Planted Aquarium, Echinodorus Publishing, 2012 (3rd edition)

[1] Edmond JM, Stallard RF et al. Nutrient Chemistry of the water column of Lake Tanganyika, Limnol. Oceanogr. 38 1993.

[2] Gamble TN, Betlach MR, Tiedje JM. Numerically dominant denitrifying bacteria from world soils. Appl. Environ. Microbiol. 33 1977.

[3] Rubin AJ, Elmaraghy GA, Studies on the toxicity of ammonia, nitrate and their mixture to guppy fry. Water Res. 11 1977

[4] Kasselmann C, Aquarium Plants, Krieger Publishing Company, 2003

[5] Camargo JA, Alonso A, Salamanca A. Nitrate toxicity to aquatic animals: a review with new data for freshwater invertebrates, Elsevier, Chemosphere 58 2005

Crediti per le immagini

Modello ammoniaca: By Ben Mills – Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3958453
Modello ammonio: Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1499277
Grafico concentrazioni ammonio-ammoniaca-pH: rielaborazione da http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-69162016000200377 (CC BY 4.0)
Modello nitrito: Di Grasso Luigi – Opera propria, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=71114576
Modello nitrato: Di Benjah-bmm27 – Opera propria, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1989694
Testimone: Di tableatny – originally posted to Flickr as BXP135677, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12390748
Boccia con pesce: Pubblico Dominio (CC0).
Zeolite: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11112
Urea in sfere: By LHcheM – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=18673771